INTER-FACULTY MASTER PROGRAM on

COMPLEX SYSTEMS and NETWORKS SCHOOL of MATHEMATICS

SCHOOL of BIOLOGY SCHOOL of GEOLOGY

SCHOOL of ECONOMICS ARISTOTLE UNIVERSITY of THESSALONIKI

Net Awareness 2: Analysis

Ι. Αντωνίου, Δ. Κουγιουμτζης, Φ. Κολυβα-Μαχαιρα, Γ. Μητακιδης,

Χ. Μπρατσας, Π. Μωυσιαδης, Α. Παπαδοπουλου, Ν. Φαρμακης, Ν. Χασαναγκας

ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

Α.Π.Θ

05-12-2014

Γιατι Συζηταμε για Πολυπλοκοτητα • Μη Αναγωγιμες Αλληλεξαρτησεις (Η Υποθεση Ανεξαρτησιας καταρριπτεται στα Πραγματικα Συστηματα) Αναλυση σε Δομικες/Λειτουργικες Ενοτητες (Modules Comunities) • Περιορισμοι στην Υπολογισιμοτητα (Αναλυτικη και Αριθμητικη) • Περιορισμοι στην Επεξεργασιμοτητα, ιδιαιτερα Μεγαλων Δεδομενων σε πραγματικο Χρονο. • Περιορισμοι στην Προβλεψιμοτητα (Χαος) • Περιορισμοι στην Ακριβεια και στην Ευκρινεια • Περιορισμοι στην Αποφανσιμοτητα • Περιορισμοι στην Υπολογισιμοτητα • Αβεβαιοτητα • Αναδυση Νεων Δομων/Λειτουργιων/Καινοτομιων • «Αορατες» (Εμμεσες) Επιρροες-Αιτιασεις

Complexity Issues •High Interdependence (Independence Fails) •Limits to Computability (Analytics) •Limits to Processability •Limits to Predictability •Emergence, Chaos, Innovation •Limits to Decidability •Uncertainty (limits to Accuracy-Precision) • Invisible (Indirect) Influences

Τι είναι Συστημα? Συστημα, από το ρημα «συνίστημι», ειναι κάθε συλλογη Οντων που καλουνται Συστατικα ή Μερη τα οποια αλληλοσυνδεονται ώστε να συναποτελουν ένα «ολον». Η σχεση των μερων οριζει το Συστημα. Γνωστοι Μηχανισμοι σχεσης είναι • φυσικες αλληλεπιδρασεις-ζευξης Υλης, Ενεργειας, Πληροφοριας, • Χωρο-Χρονικοι περιορισμοι, • Ενσωματωση του Συστηματος σε ευρυτερο Συστημα. Ένα Συστημα αφοριζεται από το Περιβαλλον ή άλλα Συστηματα δια του Συνορου/Διεπαφης.

What is a System ? System, from the verb «συνίστημι» is a Collection of interrelated Entities called Components or Parts or Structural Units, so as to form a whole Relation Mechanisms: - interaction - coupling - interdependence - embedding within a larger System within the System Environment the spatial boundaries the temporal boundaries, Structure Properties Functionality

Πολυπλοκα Συστηματα κατά Prigogine 1980 Decomposability into Independent Components fails H Στρατηγικη Διαιρει και Βασιλευε Kαταρρεει The Strategy Divide and Conquer Fails Indecomposability Interdependence Οι Αλληλοεξαρτησεις δεν Αιρονται Ποιοι Μηχανισμοι Αλληλεξαρτησης οδηγουν σε συγκεκριμενη Συμπεριφορα Μακραν της ισορροπιας? Ποιοι Μηχανισμοι επιβιωνουν Μακραν της ισορροπιας? Which Mechanisms survive far From thermodynamic Equilibrium?

Πως θα περιγραψουμε τις Αλληλοεξαρτησεις? How to describe the Interdependencies?

Knowledge Networks

Language Logical Inference Decisions Mathematical Systems and Theories Web Semantic Networks Ontologies, Semantic Web

Biomedical Networks

Genetic, Protein, Metabolic, Phenotypic Brain, Connectomics Disease Spread in the Organism, in Society

Ecological, Species Interaction, Pollination

Socio- Economic Networks

Organizations, Business Ecosystems (EU) Management, Projects, Workflow Nets Transport, Supply Nets Financial Nets World Trade Web Social Nets, Communities, Influence Friendship, Sexual Nets, Trust, Gossip

War, Conflict, Criminal Nets, Terrorist Nets

Δικτυα Πρωτεινων Protein-protein interaction network Proteins known to be involved in infertility (yellow nodes) and interaction partners (grey nodes).

Δικτυα Μεταφορας Transport Networks Geodesic path is the shortest path from one vertex to another, through the network

Τυχαια Δικτυα. Τηλεφωνικες Συδεσεις Random Nets. Telephone Networks Renyi, Erdos 1960

PSTN (Public Switched Telephone Network) Random Networks

Τα Ζωντα Δικτυα The Networks of Life

Ανακαλυπτονται 2 νεα ειδη Δικτυων Επικοινωνιας -Τα Δικτυα Μικροκοσμων (Small Worlds) Κοινωνικα Δικτυα Social Nets

Επιληψια Epilepsy

Συγχρονισμος Πυγολαμπιδων Synchronization of Fireflies

[Strogats, Watts 1998] -Τα Αυτο-ομοια Δικτυα (Self-Similar,Scale-Free) Διαδικτυο The World Wide Web

[Barabasi,Albert 1999]

Συγχρονισμός Synchronization Μικρες Διαδρομες Επικοινωνιας Small Communication Pathways

Fractals Aυτο-Ομοια Δικτυα Αναξαγορας: “αρχας των οντων ομοιομερειας απεφηνατο” [Αετιος, DK 59A46] Σμαραγδινος Πιναξ Αλχημιστων: Emerald tablet Alchemy: «Tα Ανω ως και τα Κατω» P(k) ~ k−γ Νομος Δυναμης Power Law

World-Wide Web. The Distribution of the Number of Links follows the Power law Ο Παγκοσμιος Ιστος Η Κατανομη του αριθμου των Συνδεσεων ακολουθει τον Νομο Δυναμης

Αναλυση Ευπαθειας Διαδικτυου Analyzing Web Vulnerability

Προγραμμα Μεταπτυχιακων Σπουδων στην Επιστημη του Διαδικτυου 2009-10 εως 2013-4 Τα Δικτυα ως Πλαισιο Αναλυσης Του Διαδικτυου, του Παγκοσμιου Ιστου Και των Πολυπλοκων Συστηματων

2015-2025 OΡΑΜΑ Τα Δικτυα ως Κοινο Πλαισιο Αναλυσης •Της Δομης, •Της Λειτουργιας •Του Σχεδιασμου-Θεραπειας των Πολυπλοκων Συστηματων Ενοποιηση-Διαλειτουργικοτητα της Γνωσης

ΜΕΤΕΞΕΛΙΞΗ: Προγραμμα Μεταπτυχιακων Σπουδων στα Πολυπλοκα Συστηματα και Δικτυα 2014-15 εως 2021-2 Τα Δικτυα ως Κοινο Πλαισιο Αναλυσης •Της Δομης, •Της Λειτουργιας •Του Σχεδιασμου-Θεραπειας των Πολυπλοκων Συστηματων

ΠΜΣ στα Πολυπλοκα Συστηματα και Δικτυα Προσφερει: •Μεθοδολογια Αναλυσης Δικτυων Net ANALYTICS •Δυνατοτητες Παρεμβασης σε Δικτυα Net HEALING

•Αναλυση Δεδομενων

Net ANALYTICS NET OBSERVATION-IDENTIFICATION (Statistical Analysis: Static-Temporal) NET DIAGNOSTICS: Characterize the Net

Structure (Statistical-Topological Indices) • Roles of Individuals or Groups (Centralities Analysis) • Structural Units = Modules = Clusters (Modularity Analysis)

Functions (Dynamical Models) • Evolution of the Net (Change Nodes-Links) • Flow within the Net: Influence-Propagation-Diffusion- Synchronization • Interoperability in Communication, Transport • Congestion, Bottlenecks • Robustness, Stability, Resilience, Vulnerability • Agility • Adaptability

Παρεμβαση. Net HEALING Policy Implementation : Optimization Possibilities (trade-off): Time, Space (Memory), Cost, Robustness-Agility-Adaptability Interoperability-Influence Control, Targetting, Stabilization (Re)Design, Intervention: Non-Invasive (Regulate the Weights) Invasive (Change Nodes-Weights)

Αναλυση Δεδομενων Monitoring-Control of Data in Real Time: Data sets, (Big Data) Data bases (relational, semantic), Ontologies, Semantic Web Linked Data Knowledge Processing

Οργανωση προς Συζητηση-Αποσαφηνισεις-Εναρμονιση •Μαθηματικα-Εργαλεια Αναλυσης Δικτυων •Δικτυα Γνωσης •Γεωλογικα και Φυσικα Δικτυα •Βιο-Ιατρικα Δικτυα •Κοινωνικο-Οικονομικα Δικτυα

Οργανωση προς Συζητηση-Αποσαφηνισεις-Εναρμονιση •Μαθηματικα-Εργαλεια Αναλυσης Δικτυων •Δικτυα Γνωσης

Τι Θα γνωριζουν οι Φοιτητες στις αρχες του Εαρινου Εξαμηνου

Στατιστική Ανάλυση Δικτύων Πως βρισκω το Δικτυο

Δειγματοληψια για ευρεση των Συνδεσεων ΦΑΡΜΑΚΗΣ Αναλυση Χρονοσειρων για την ευρεση Δυναμικων- Λειτουργικων Συνδεσεων ΚΟΥΓΙΟΥΜΤΖΗΣ Αναλυση Clusters ως βαση για την ευρεση Modules-Κοινοτητων-Ομαδων ΚΟΛΥΒΑ-ΜΑΧΑΙΡΑ

Θεωρία Δικτύων και Δυναμικά Συστήματα Πως περιγραφω ενα γνωστο Δικτυο

Θεωρια Γραφων (Δεδομενο το Δικτυο) Οι βασικοι Στατιστικοι-Τοπολογικοι Δεικτες Τα βασικα Δικτυα και μοντελα αναπτυξης (Τυχαια, Μικροκοσμοι, Αυτο-ομοια) ΜΩΥΣΙΑΔΗΣ, ΚΑΡΑΓΙΑΝΝΗΣ Τα βασικα Δυναμικα και Στοχαστικα Μοντελα ΑΝΤΩΝΙΟΥ Μοντελα Semi-Markov (Μεταβασεις + Διαρκειες) ΠΑΠΑΔΟΠΟΥΛΟΥ

Δίκτυα Γνώσης και Σημασιολογικός Ιστός

Πως διαχειριζομαστε Μεγαλα Δεδομενα Πως γινεται η Σημασιολογικη Επεξεργασια Πως διαδυνδεονται δεδομενα μεσω Οντολογιων Πως διαμορφωνεται και αξιοποιειται η Γνωση Το WWW ως Δικτυο Γνωσης και Γνωσιακης Επεξεργασιας ΜΗΤΑΚΙΔΗΣ, ΜΠΡΑΤΣΑΣ, ΚΕΧΑΓΙΑΣ, ΤΖΟΥΝΑΚΗΣ

Centrality (Κεντρικότητα) of Individuals or Clusters

Role of Individual or Cluster With High Centrality

Βαθμός (Degree Centrality)

Hub (Out) Ομφαλός Authority, Guru (In) Αυθεντια, Εγκυρος

Εγγύτης (Closeness Centrality)

Accessible (In), Προσβασιμος Propagator (Out) Διαδοτης

Διαμεσότης (Betweenness Centrality)

Intermediary, Broker, Bottleneck Διαμεσολαβητης [Xατζιαβατης]

Ιδιοκεντρικότητα (Eigenvector Centrality)

Regulators, Manipulators Ρυθμιστης

Articulation Articulation, Γεφυροποιος They Connect different Modules-Groups.

Community Structure, Modular Decomposition Find the Clusters of vertices with high density of edges and a low density of edges in between the Clusters

Partition Overlapping Clusters Hierarchical-Nested

• Children Friendship Network of Citation • Research Interest Networks • World Wide Web: subject of Webpages • Metabolic Networks: Functional units • Linguistic Networks: similar linguistic categories • Brain • Mind Semantic Network • Knowledge • Organizations

Θεωρία Πληροφορίας, Εντροπία και Πολυπλοκότητα

Συντακτικη Πληροφορια. Η Εντροπια ως δεικτης Πολυπλοκοτητος-Ποικιλοτητος Εντροπιες (Μεταβλητων, Δεικτων) Δικτυου Εντροπια Σημασιολογικου Δικτυου. Εντροπια Οντολογιων ΑΝΤΩΝΙΟΥ, ΓΙΑΛΑΜΠΟΥΚΙΔΗΣ Εκτιμησεις Ασφαλειας Δικτυων ΛΟΥΚΟΣ Φυσικη Γλωσσα και Σημασιολογια ΤΑΝΤΟΣ

Οργανωση προς Συζητηση-Αποσαφηνισεις-Εναρμονιση •Γεωλογικα και Φυσικα Δικτυα •Βιο-Ιατρικα Δικτυα •Κοινωνικο-Οικονομικα Δικτυα

Τι Εφαρμογες προτιθενται να αναπτυξουν οι Χρηστες της Θεωριας Δικτυων

Δικτυα Ζωης και Γεω- οικολογικα Συστηματα

Βιοχημικα Δικτυα Αντιδρασεις, Γενετικα, Πρωτεινες, Μεταβολικα, Φαινοτυπικα ΣΚΟΥΡΑΣ, ΣΓΑΡΔΕΛΗΣ, ΣΠΥΡΟΥ Οικοσυστηματα και Δικτυα Πληθυσμων-Τροφης- Τοπων-Προστασιας ΣΓΑΡΔΕΛΗΣ, ΜΑΖΑΡΗΣ, ΠΑΝΤΗΣ, ΧΙΝΤΗΡΟΓΛΟΥ Δικτυα Εγκεφαλικης Λειτουργιας (Connectomics) ΜΠΑΜΙΔΗΣ Γεωσυστήματα, Ατμοσφαιρικα Συστηματα η Γη και η Ατμόσφαιρα ως Σύστημα Συστημάτων, Γεωποικιλότητα ΚΑΡΑΚΩΣΤΑΣ, ΠΑΥΛΙΔΗΣ, ΤΣΟΚΑΣ Το Διαδίκτυο και ο Νους ως Οικοσυστηματα ΠΑΥΛΙΔΗΣ, ΠΑΝΤΗΣ, ΑΝΤΩΝΙΟΥ

Κοινωνικο-οικονομικά Δίκτυα

Συνοχή κοινωνικών δικτύων (συνεκτικές συνιστώσες, κλίκες, πυρήνες-περιφέρειες). Θεώρημα Arrow σε δίκτυα. Κανόνες ψηφοφορίας και χωρικό μοντέλο. Δικτυακά παίγνια. Δικτυακές αγορές (θεωρία ανταλλαγής, δικτυακές αγορές εργασίας, ισχυροί-ασθενείς δεσμοί). Νομικη Οντολογια και Νομικά Ζητήματα στο Web. Συμπεριφορα Χρηστών του Web. Δικτυακη Οικονομια και Συναλλαγες. Δικτυα Γνωσης Επιχειρησεων και Οργανισμων, Διάχυση καινοτομίας σε δίκτυα γνώσης, Δικτυα Παραγωγης , Δικτυα Διαχείρισης, Επιχειρειν στο Web και Επιχειρησεις του Web. ΒΑΡΣΑΚΕΛΗΣ, ΒΕΓΛΗΣ, ΕΜΜΑΝΟΥΗΛΙΔΗΣ, ΚΙΤΣΙΟΣ, ΣΙΔΗΡΟΠΟΥΛΟΣ, ΖΗΚΟΠΟΥΛΟΣ, ΚΑΛΛΙΡΗΣ, ΝΟΥΣΚΑΛΗΣ, ΠΕΤΡΙΔΟΥ, ΧΑΣΑΝΑΓΑΣ